JP4295958B2

JP4295958B2 - 被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼

Info

Publication number: JP4295958B2
Application number: JP2002185495A
Authority: JP
Inventors: 俊之村上; 哲夫白神; 清仁石田; 勝成及川
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; JFE Bars and Shapes Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; JFE Bars and Shapes Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2004027296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被削性向上元素である鉛および硫黄を含有した低炭素硫黄複合快削鋼に関するものであり、特に、従来量と鉛量および硫黄量が同じであっても被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低炭素硫黄複合快削鋼は、快削元素として、鉛（Ｐｂ）および硫黄（Ｓ）添加により、その快削化を図っている。省加工コストの観点から、被削性の向上については要望が強い。
【０００３】
そこで、この要望に対応するため、特公平１−３２３０２号公報には、酸素量を０．００３０％以下に限定した快削鋼が記載されている。以下、これを従来技術１という。また、特開平１−３０９９４６号公報には、酸素量を０．００８％以下に限定した快削鋼が記載されている。以下、これを従来技術２という。そして、特開２０００−１６０２８４号公報には、Ｓを大量に添加した快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術３という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、硫化物の形態制御が十分でないため伸長した硫化物が存在するようになることから、被削性の観点から見て不安である。同様に、従来技術２も硫化物の形態制御が十分でないため伸長した硫化物が存在するようになることから、被削性の観点から見て不安である。そして、従来技術３は、Ｓを大量に添加しているので、熱間延性の観点から不安である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、従来の添加量と同じ鉛量および硫黄量であっても被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
本願発明者等は、上記目的達成のために鋭意研究を重ねた。この結果、下記の知見を得た。
【０００７】
（１）Ｃｒ、ＭｎおよびＳの適量添加およびＣｒ／Ｓ比の適正化を図ることにより、適量の硫化物に対し、その組成をＳ−Ｃｒ−Ｍｎの複合系とすると、この複合系の組成の硫化物系介在物は、熱間加工時における伸長を抑制するので、大型で且つ紡錘状の硫化物系介在物を得ることができる。
【０００８】
（２）同一Ｓ量で比較した場合、硫化物系介在物が大型であるほど、また、紡錘状に近いほど被削性が向上することは従来から知られているが、この発明においても硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるため、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【０００９】
（３）Ｓ量の上昇と共に被削性が向上することは従来から知られている。一方、熱間加工性、あるいは機械的性質の異方性の問題からＳ量の上限値が存在するが、この発明の硫化物系介在物は、大型且つ紡錘状であるため、その上限値を上昇させることが可能となり、その結果、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【００１０】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明は、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．００％、Ｓ：０．２０〜０．４９％、Ｏ：０．００８超え〜０．０３０％、Ｐｂ：０．０４〜０．３５％、Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、Ｃｒ／Ｓ比：２〜６を満足することに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０１〜０．１２％、Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、Ｃａ：０．０００１〜０．０００５％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、Ｔｅ：０．１０〜０．１５％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、Ｂ：０．００４〜０．０１０％、Ｎ：０．００５〜０．０１５％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、Ｖ：０．００５〜０．２００％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）の内の少なくとも１種をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明における数値の限定理由について説明する。
【００１５】
Ｃ：０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼の強度および被削性に大きな影響を及ぼす重要な元素であるが、その含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では充分な強度が得られない。一方、その含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると、強度が高くなりすぎて被削性が劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１６】
Ｍｎ：０．０５〜１．００ｍａｓｓ％
Ｍｎは、被削性に重要な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、硫化物量が少ないために十分な被削性が得られない。一方、その含有量が１．００ｍａｓｓ％を超えると、硫化物が長く伸長してしまうために被削性が低下してしまう。従って、Ｍｎ含有量は、０．０５〜１．００ｍａｓｓ％、好ましくは、０．２２〜０．６０ｍａｓｓ％未満の範囲内とする。
【００１７】
Ｓ：０．２０〜０．４９ｍａｓｓ％
Ｓは、被削性に有効な硫化物形成元素であるが、その含有量が０．２０ｍａｓｓ％未満では、硫化物量が少ないために被削性に対する効果が小さい。一方、その含有量が０．４９ｍａｓｓ％を超えると、熱間加工性ならびに延性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は、０．２０〜０．４９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１８】
Ｏ：０．００８超え〜０．０３０ｍａｓｓ％
Ｏは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる重要な元素であるが、その含有量が０．００８ｍａｓｓ％以下では、硫化物の伸長を抑制させる効果が十分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうために、本来の十分な効果が期待できない。一方、その含有量が０．０３０ｍａｓｓ％を超えて添加しても、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和し、しかも、過剰な量の添加は、経済的に不利であると共にブローホール等の鋳造欠陥が発生する。従って、Ｏ含有量は、０．００８超え〜０．０３０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１９】
Ｐｂ：０．０４〜０．３５ｍａｓｓ％
Ｐｂは、被削性を向上させる重要な元素であるが、その含有量が０．０４ｍａｓｓ％未満では、含有量が少ないために被削性に対する効果が小さい。一方、０．３５ｍａｓｓ％を超えて添加しても、被削性の向上が飽和すると共に熱間加工性の低下が著しい。従って、Ｐｂ含有量は、０．０４〜０．３５ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２０】
Ｃｒ：０．３〜２．３ｍａｓｓ％
Ｃｒは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる、この発明の根幹に関わる重要な元素である。しかし、その含有量が０．３ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が十分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうため、本来の十分な効果が期待できない。一方、その含有量が２．３ｍａｓｓ％を超えて添加しても、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和し、しかも、過剰な量の添加は経済的に不利である。従って、Ｃｒ含有量は、０．３〜２．３ｍａｓｓ％、好ましくは、０．３〜１．４ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２１】
Ｓｉ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、その含有量を０．１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下に低減した方がよい。
【００２２】
Ｐ：０．０１〜０．１２ｍａｓｓ％
Ｐは、切削加工時に構成刃先の生成を抑制することにより、仕上げ面粗さを低減させるのに有効な元素であるが、その含有率が０．０１ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られない。一方、その含有量が０．１２ｍａｓｓ％を超えると、その効果が飽和すると共に熱間加工性および延性の低下が著しい。従って、Ｐ含有量は、０．０１〜０．１２ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０１〜０．０９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２３】
Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用して、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化して、切削工具寿命を劣化させる。このために工具寿命を更に延ばしたい場合には、０．０１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下にする。
【００２４】
Ｃａ：０．０００１〜０．０００５ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の少なくとも１種
Ｃａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇは、被削性が重視される場合に添加されるが、その添加量がＣａ：０．０００１ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５ｍａｓｓ％未満では充分な効果が得られない。
【００２５】
一方、Ｃａ：０．０００５ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００８０ｍａｓｓ％を超えて添加してもこの効果が飽和してしまい、また、経済的にも不利である。
【００２６】
従って、Ｃａ：０．０００１〜０．０００５ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２７】
Ｃｒ／Ｓ比：２〜６
Ｃｒ／Ｓ比は、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長の度合いを左右する重要なインデックスであり、この比を限定することにより、被削性を向上させることのできる、所望の伸長度の硫化物が得られる。しかし、その比が２未満であると，Ｍｎ−Ｓ単独系の硫化物の生成により、伸長した硫化物が顕著となるために被削性が劣化する。一方、その比が６を超えると、硫化物の伸長を抑制する効果飽和してしまう。従って、Ｃｒ／Ｓ比は、２〜６、好ましくは、２〜４の範囲内とする。
【００２８】
ミクロ組織
ミクロ組織は、フェライト・パーライト主体の組織である。旧オーステナイト粒径は、大きい方が被削性に対しては有利な方向にあるが、特には、細粒であっても被削性は良好である。製品の機械的性質の観点から言えば、粒度番号７番（ＪＩＳＧ０５５１のオーステナイト粒度測定法による粒度)を超えた細粒の方が好ましい。
【００２９】
【実施例】
以下に、この発明を実施例に従って詳細に説明する。
【００３０】
表１に示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有する鋼（以下、本発明例という）Ｎｏ．１〜６、および、この発明の範囲外の化学成分組成を有する鋼（以下、比較例という）Ｎｏ．７〜１１、ならびに、参考例として、Ｎｏ．１２の低炭素硫黄複合快削鋼をそれぞれ溶製し、鋳造断面４００ｍｍ×３００ｍｍの鋼塊に鋳造後、それぞれ直径８０ｍｍの棒鋼に熱間圧延した。さらに、９２５℃に１時間加熱後、室温まで空冷する方法で焼ならし処理を施した。
【００３１】
【表１】

【００３２】
上記のようにして製造された本発明例、比較例および参考例の鋼からなる棒鋼の各々を用いて、以下のような試験を実施した。
【００３３】
硫化物系介在物の形態測定は、棒鋼の中間部の縦５．５ｍｍ×横１１ｍｍの領域に存在する圧延方向の長さ（Ｌ）が２．５μｍ以上のもの全てについて、Ｌならびにｄ（厚み、圧延直角方向の長さ）を測定し、Ｌの大きい順に１００個の介在物のアスペクト比（Ｌ／ｄ）の平均値ならびに最大値を測定した。なお、アスペクト比の概念図を図１に示す。
【００３４】
被削性試験は、表２に示す条件で実施し、評価した。その試験結果を表３に示す。また、図２には、代表特性値として、ドリル工具寿命と外削工具寿命（ＳＫＨ４）の関係を示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
表３から明らかなように。Ｎｏ．１〜６の本発明例は、Ｎｏ．１２の参考例の低炭素硫黄複合快削鋼に比較して何れも良好な特性を有している。
【００３８】
これに対して比較例のＮｏ．７は、Ｍｎ量が本発明範囲を外れて多いために、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００３９】
Ｎｏ．８は、Ｓ量が本発明範囲を外れて少ないために、被削性に有効な硫化物系介在物総量の不足により被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４０】
Ｎｏ．９は、Ｃｒ量が本発明範囲を外れて少ないために、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明例よりも劣っている。
【００４１】
Ｎｏ．１０は、Ｃｒ／Ｓ比が本発明範囲を外れて小さいために、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４２】
Ｎｏ．１１は、Ｏ量が本発明範囲を外れて少なく、Ｍｎ量が本発明範囲を外れて多いために、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、従来量と同じ鉛量および硫黄量であっても、切り屑処理性および表面粗さを含めた被削性に優れた低炭素Ｓ−Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｂ複合快削鋼を得ることが可能となるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アスペクト比の説明図である。
【図２】外削工具寿命とドリル工具寿命との関係を示すグラフである。

Claims

Ｃ：０．０２〜０．１５％、
Ｍｎ：０．０５〜１．００％、
Ｓ：０．２０〜０．４９％、
Ｏ：０．００８超え〜０．０３０％、
Ｐｂ：０．０４〜０．３５％、
Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、下記条件
Ｃｒ／Ｓ比：２〜６
を満足することを特徴とする、被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼。
Ｓｉ：０．１％以下、
Ｐ：０．０１〜０．１２％、
Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）
をさらに含有することを特徴とする、請求項１記載の、被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼。
Ｃａ：０．０００１〜０．０００５％、
Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、
Ｔｅ：０．１０〜０．１５％、
Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、
Ｂ：０．００４〜０．０１０％、
Ｎ：０．００５〜０．０１５％、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、
Ｖ：０．００５〜０．２００％、
Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）
の内の少なくとも１種をさらに含有することを特徴とする、請求項１または２記載の、被削性に優れた低炭素硫黄複合快削鋼。